Tráquea - órganos respiratorios en artrópodos y onicoforos . Son tubos ramificados, con la ayuda de los cuales se lleva a cabo el intercambio de gases en los tejidos de algunos artrópodos ( milípedos , insectos , arácnidos ). El grado de desarrollo varía entre los representantes de los diferentes grupos. Las tráqueas se abren hacia afuera con espiráculos , que se ubican en la parte superior a los lados del medio y metatórax y en la superficie de los primeros segmentos abdominales [1] .
Las tráqueas son delgados tubos ramificados de origen ectodérmico. En la embriogénesis animal, aparecen como protuberancias profundas del tegumento. Las paredes de la tráquea están compuestas por una sola capa de epitelio y están revestidas por una cutícula . Este último consta de una gruesa procutícula de quitina-proteína y una delgada capa de cutícula de la epicutícula. En los insectos, la procutícula forma engrosamientos en espiral (tenidios) que evitan que las paredes de la tráquea se peguen entre sí. En el exterior, los tubos se abren con agujeros emparejados: espiráculos o estigmas. Cada espiráculo de insectos sirve a tres tráqueas transversales, interconectadas por tres pares de tráqueas longitudinales. De estos troncos principales parten ramas hacia tejidos y órganos. Terminan en tubos delgados con un diámetro de 1-2 micras: traqueolas. Los extremos de las traqueolas se encuentran en la superficie de las células individuales o van dentro de ellas.
El oxígeno de las traqueolas se difunde directamente hacia las células y el dióxido de carbono se difunde desde los tejidos hacia las traqueolas. El oxígeno del aire que llena el sistema traqueal se transporta a las células individuales del cuerpo por difusión. En las células, se consume inmediatamente, por lo que en el sistema traqueal hay un gradiente de presión parcial de oxígeno dirigido hacia el cuerpo. Además, muchos insectos se caracterizan por una ventilación traqueal activa. En los insectos alados, se lleva a cabo en vuelo debido a la acción de los músculos de las alas que, simultáneamente con las vibraciones de las alas, fuerzan el aire hacia la tráquea y lo expulsan de los alvéolos hacia los músculos. Los grandes artrópodos suelen realizar movimientos respiratorios especiales: algunos bombean aire debido a la expansión rítmica de los segmentos abdominales, otros los hacen avanzar telescópicamente uno encima del otro. En la mayoría de los insectos, algunos espiráculos se abren al inhalar, otros se cierran y viceversa al exhalar. Entre la inhalación y la exhalación, todos los espiráculos están cerrados. El número de movimientos respiratorios por minuto varía según la temperatura ambiente, el estado fisiológico del insecto y su especie, de 5-6 a 150 o más. Cerrar los estigmas entre respiraciones ayuda a reducir la evaporación del agua. Debido al desarrollo del sistema traqueal, el sistema circulatorio de la respiración traqueal se ve privado de la función de intercambio de gases. El transporte directo de gases a través de la tráquea a los tejidos y células es energéticamente mucho menos costoso que el sistema respiratorio de múltiples etapas de los vertebrados (órganos respiratorios - sangre - líquido intercelular - tejidos). Sin embargo, esta estructura del sistema respiratorio es efectiva solo para cuerpos pequeños, ya que con un aumento de masa, los músculos no pueden bombear suficiente aire a las células. Es gracias a la entrega directa de oxígeno a las células que pueden funcionar los músculos de las alas asincrónicas. En los músculos de los vertebrados, la falta de oxígeno durante el trabajo extenuante conduce a su fatiga. En las arañas, las terminaciones de la tráquea son lavadas por la hemolinfa, por lo que el sistema circulatorio asume la función de intercambio de gases. El número de movimientos respiratorios varía en diferentes insectos y en diferentes estados: la abeja doméstica realiza 120 movimientos respiratorios por minuto durante el trabajo, 40 en reposo; con un aumento en la temperatura del aire, su número en acridoids aumenta de 6 a 26 o más [1] .
Dependiendo de la presencia de espiráculos, los sistemas traqueales se dividen en abiertos y cerrados. Un sistema abierto es característico de los artrópodos terrestres que respiran oxígeno atmosférico. Las larvas de insectos acuáticos tienen un sistema cerrado, en el que las tráqueas están cerradas desde el exterior, y los espiráculos conectan el sistema traqueal interno con tráqueas ramificadas en una película de paredes delgadas o crecimientos ramificados: branquias traqueales. Estas tráqueas también están llenas de aire y el intercambio de gases se realiza con agua a través de la superficie branquial.
En los insectos, dos pares de estigmas se ubican en el mesotórax y el metatórax, respectivamente. Los primeros ocho segmentos del abdomen también tienen un par de estigmas, pero su número puede disminuir. Los estigmas de insectos tienen un aparato de cierre bastante complejo, al que sirven uno o dos músculos y tiene un sistema especial de filtración de aire construido a partir de numerosas cerdas ramificadas. En los insectos que vuelan bien, se forman expansiones en los troncos traqueales longitudinales: sacos de aire. No tienen tenidia y pueden cambiar de volumen. Los sacos de aire participan en la ventilación de los músculos de las alas durante el vuelo y realizan una función aeroestática, contribuyendo a la disminución de la masa corporal específica. En muchas larvas endoparásitas, el sistema traqueal está parcial o completamente reducido y la respiración se realiza a través de las cubiertas. Algunos insectos parásitos conectan su sistema traqueal a la tráquea del animal huésped, otros atraviesan sus cubiertas y exponen los espiráculos.
Dependiendo de la cantidad de espiráculos, el sistema traqueal de los insectos puede ser de uno de los siguientes tipos:
El sistema traqueal está bien desarrollado en los ciempiés labiópodos. Un par de espiráculos se encuentra en cada segmento del cuerpo. Las ramas de la tráquea de diferentes segmentos están interconectadas, formando una red común dentro del cuerpo. En los ciempiés bípedos, el sistema traqueal comienza con espiráculos, que se encuentran en la base de las patas de cada segmento (excepto algunos anteriores). Los estigmas son dos pares por segmento, al igual que las patas. Cada estigma conduce a una prolongación en forma de saco, desde la cual se extienden tráqueas más o menos ramificadas, que suministran oxígeno a los órganos del segmento correspondiente. A diferencia de los labiópodos y los insectos, en los diplopodos no se forma un solo sistema traqueal. Symphyla tiene solo un par de espiráculos ubicados detrás de las antenas en la cabeza. Las tráqueas que se extienden desde los estigmas están débilmente ramificadas, sus ramas se extienden solo hacia la cabeza y tres segmentos anteriores.
En los arácnidos, la forma, el número y la ubicación de los estigmas, el grosor de los troncos traqueales y el grado de ramificación varían mucho entre los grupos. El sistema traqueal se desarrolla mejor en salpugs. Sus troncos traqueales principales se abren con varios pares de espiráculos en el cefalotórax y el abdomen y un espiráculo impar en el segmento IV abdominal. Las tráqueas, alejándose de los espiráculos, se unen en poderosos troncos longitudinales, que están conectados por puentes y divergen en numerosas ramas hacia los órganos. En las paredes de la tráquea del salpug hay engrosamientos en espiral de la cutícula, similares a las tenidias de insectos.
La mayoría de las arañas, junto con los pulmones, también tienen tráqueas, aunque las tráqueas de cuatro pulmones no las tienen, y algunas especies tropicales solo respiran con tráqueas. En la mayoría de los casos, solo tienen un espiráculo abdominal, del cual se extienden dos pares de túbulos no ramificados, cerrados a ciegas, revestidos con una cutícula delgada sin engrosamientos en espiral. Las tráqueas son lavadas por la hemolinfa, por lo que el intercambio gaseoso se realiza con la participación del sistema circulatorio.
En los recolectores, el sistema respiratorio está representado por tráqueas bien ramificadas que penetran en todo el cuerpo. Se abren con espiráculos en el primer y segundo segmento abdominal.